化工热力学第七章 压缩、膨涨、动力循环与制冷循环.ppt

①较大的传热能力。 ②良好的等温性。 ③热流方向可逆。 ④热管流密度可调。 2 热管的特点 3 热管的应用 太阳能 热管式平板集热器 热管换热器 青藏铁路 青藏铁路热管集热示意 低温热管降服青藏铁路冻土“多动症” 7.4.7液化过程 气体液化循环为深度制冷循环，它与前述的蒸汽压缩制冷循环的主要区别是，气体液化循环中的工质，在循环中即作为制冷剂使用，同时本身又被液化并输出液态产品。典型的气体循环有两类，即节流膨胀循环—林德(Linde)循环和等熵膨胀循环—克劳德(Claude)循环。实际气体液化循环中，常将两者结合使用。 1.气体液化最小功 图7-34 气体液化最小功 液化1 kg 流体（可逆）所需的最小功为 先把处于状态1的气体经定温压缩至状态2，然后再经定熵膨胀至状态6，从而实现液化。这样，1→2→6 →5 →1构成一个理想循环，循环所消耗的功就是最小理论功。 液化分率y 如果液化终点为状态4，则只有部分气体被液化。设状态4下的干度为x，则液体所占的分数为 （7-40） 2.林德(Linde)循环 图7-35 Linde循环示意图 处于状态1下的气体，经压缩机升压至P2，随后经冷却器定压冷却至状态2，再进入换热器被从分离器返回的气体进一步冷却至状态3，然后经节流阀节流降温降压至状态4，最后进入分离器。液体自气液分离器导出作为产品，其状态为T-s 图中的点6；未液化的气体(对应于T-s 图中的点5)自气液分离器导出，经换热器对高压气体进一步冷却后变为状态1下的气体返回压缩机，完成一个循环。 循环的液化量和耗功量计算 图7-36 Linde循环T-S 图 取换热器、节流阀和分离器为研究对象，则每kg初始气体产生的液体量为 y，返回的气体量为 1-y(即 x) 。若忽略系统对外的热损失和气体的动能差与位能差，则能量衡算的结果为 （7-42） 循环的制冷量为液化y kg气体所需的冷量，即 （7-43） 实际气体液化循环中存在着各种不可逆因素。首先，换热器中存在着不完全换热损失q′，称为温度损失，即冷气不能回到1点，只能回到7点。其次，循环中不能做到完全绝热，因而必然从环境吸热q〞。根据式（6-3）有 （7-44） 实际循环的制冷量为 （7-45） 气体压缩过程也存在不可逆损失。通常，先按定温压缩计算，再考虑定温效率ηT (依经验可取ηT＝0.59)，由式（7-2）实际耗功为 （7-46） 每液化1 kg气体耗功为 （7-47） 需要指出，为实现气体液化，压缩机出口压力一般较高，气体不能按理想气体处理。 3. 克劳德（Claude）循环 图7-37 Claude循环示意图 处于状态1下的1kg气体，经压缩机定温压缩至状态2，再经换热器I定压冷却至状态3后分成两路：一路为(1-α) kg气体通过膨胀机绝热膨胀至状态4，并对外做功；另一路为α kg气体经换热器II、III进一步冷却至状态6，随后进行节流膨胀至状态7，然后进入分离器。ykg液体自分离器导出为产品。(α-y)kg气体经换热器III预冷高压气后，与膨胀机出口气体汇合。汇合后的气体经换热器II和I预冷高压气体后变为状态1下的气体进入压缩机，完成一个循环。 采用膨胀机与节流阀联合使用。1902年，法国的Claude首先提出这种方案，故称克劳德（Claude）循环。 图7-38 Claude循环T-S 图 Claude循环中的能量交换计算方法与林德循环的能量交换计算方法相似。 （7-49） 循环制冷量：式（7-50） 液化分率 等熵效率 （7-51） 循环实际耗功量 （7-52） 一般透平膨胀机的定熵效率为ηs=0.80~0.85，活塞式膨胀机的定熵效率为ηs=0.65~0.75。再考虑膨胀机的机械效率ηm，则循环实际耗功量为 相变是自然界普遍存在的现象，当液体吸收热能转化为气体时，会剧烈膨胀并推动汽轮机作功，将热能转变为机械能；同样，气体压缩时体积骤减而被液化。科学家巧妙地利用了“能量与相变”间的联系，选择合适的物质，将压缩过程与压气机、膨胀过程与膨胀机、以及能量的转化等有机的组合起来，实现了功热间的转化。为此，本章研究了压缩、膨胀、蒸汽动力循环和制冷循环等。 本章小结 1. 等温压缩、绝热压缩、多变压缩的温升、功耗间的关系分别为 2. 绝热作外功膨胀比节流膨胀产生的温降大，制冷量大，且可回收功。节流膨胀是有条件的，对理想气体不制冷；对个别实际气体需预冷到一定的低温进行节流，才能获得冷效应。绝热作外功膨胀适用于任何气体,膨胀后气体的温度总是下降。 膨胀产生的体积突变和温度调节效应，可用于作功和制冷（或制热）。 3. 与卡诺循环相比，朗肯循环增设了过热器，提高了平